Naukowcy potrafią odczytać mózg ptaka i przewidzieć jego następną piosenkę

Maks Litwinowa

Przedsiębiorcy w Dolinie Krzemowej postawili sobie w tym roku nowy, śmiały cel: stworzenie urządzenia do czytania mózgu, które pozwoliłoby ludziom bez wysiłku wysyłać SMS-y z własnymi myślami.

W kwietniu Elon Musk ogłosił tajną nową firmę zajmującą się interfejsem mózgowym o nazwie Neuralink. Kilka dni później dyrektor generalny Facebooka, Mark Zuckerberg, oświadczył, że bezpośrednie interfejsy mózgowe pozwolą w końcu komunikować się tylko z umysłem. Firma twierdzi, że nad problemem pracuje 60 inżynierów.

To ambitne zadanie — i są powody, by sądzić, że nie nastąpi to w najbliższym czasie. Ale dla przynajmniej jednego małego ptaka o pomarańczowych dziobach, zeberki, sen stał się znacznie bliższy rzeczywistości.

Dzieje się tak dzięki świetnej pracy Timothy'ego Gentnera i jego studentów z Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Diego, którzy zbudowali interfejs typu „od mózgu do tweeta”, który na ułamek sekundy rozpozna piosenkę, którą ma zaśpiewać zięba. .

Realistyczny syntetyczny śpiew ptaków dekodujemy bezpośrednio na podstawie aktywności neuronowej – poinformowali naukowcy w nowym raporcie opublikowanym na stronie internetowej bioRxiv . Zespół, w skład którego wchodzi argentyński ekspert od śpiewu ptaków, Ezequiel Arneodo, nazywa system pierwszym prototypem dekodera złożonych, naturalnych sygnałów komunikacyjnych pochodzących z aktywności neuronowej. Naukowcy twierdzą, że podobne podejście może przyczynić się do postępu w kierunku interfejsu człowieka z myślą o tekście.

Naukowcy twierdzą, że mogą przewidzieć pieśń zięby bezpośrednio na podstawie aktywności mózgu.

Mózg ptaka śpiewającego nie jest zbyt duży. Ale jego wokalizacje są podobne do ludzkiej mowy w taki sposób, że ptaki te są ulubieńcami naukowców zajmujących się pamięcią i poznaniem. Ich piosenki są złożone. I podobnie jak ludzki język, są wyuczone. Zeberka uczy się swojego nawoływania od starszego ptaka.

Makoto Fukushima, pracownik National Institutes of Health, który wykorzystał interfejsy mózgowe do badania prostszych pomruków i gruchania małp, mówi, że bogatszy zakres śpiewu ptaków jest powodem, dla którego nowe wyniki mają ważne implikacje dla zastosowania w mowie ludzkiej.

Obecne interfejsy mózgowe wypróbowane u ludzi głównie śledzą sygnały neuronowe, które odzwierciedlają wyobrażone ruchy ramion osoby, które można dokooptować, aby poruszać robotem lub kierować kursor do bardzo powolnego wydziobywania liter. Tak więc pomysł hełmu lub implantu mózgowego, który może bez wysiłku odebrać to, co próbujesz powiedzieć, pozostaje bardzo daleki od urzeczywistnienia.

Ale nie jest to całkowicie niemożliwe, jak pokazuje nowe badanie. Zespół z UCSD wykorzystał elektrody krzemowe u przytomnych ptaków do pomiaru elektrycznej paplaniny neuronów w części mózgu zwanej jądrem czuciowo-ruchowym, skąd pochodzą polecenia kształtujące wytwarzanie wyuczonej piosenki.

W eksperymencie wykorzystano oprogramowanie sieci neuronowej, rodzaj uczenia maszynowego. Naukowcy wprowadzili do programu zarówno wzorzec odpalania neuronowego, jak i właściwą piosenkę, która powstała, z jej przystankami i początkami oraz zmianami częstotliwości. Pomysł polegał na nauczeniu ich oprogramowania, aby dopasowywało się do siebie, w tym, co nazwali mapowaniem widma neuronowego do utworu.

Główną innowacją zespołu było uproszczenie tłumaczenia z mózgu na tweeta poprzez włączenie fizycznego modelu tego, jak zięby wytwarzają hałas. Ptaki nie mają strun głosowych jak ludzie; zamiast tego wystrzeliwują powietrze nad wibrującą powierzchnią w gardle, zwaną syrinx. Pomyśl, jak możesz wydać wysoki jęk, łącząc dwa kawałki papieru i dmuchając na krawędzi.

Ostateczny wynik, jak twierdzą autorzy: Dekodujemy realistyczny, syntetyczny śpiew ptaków bezpośrednio z aktywności neuronowej. W swoim raporcie zespół twierdzi, że może przewidzieć, co ptak będzie śpiewał na około 30 milisekund, zanim to zrobi.

Możesz samodzielnie posłuchać wyników w dźwięku poniżej. Pamiętaj, że zeberka nie jest słowikiem. Jego piosenka przypomina bardziej kwakanie staccato.

Pieśń zeberki w niewoli.

Ta sama piosenka, jak przewidywano na podstawie nagrań neuronowych w mózgu zięby.

Ptaki śpiewające są już ważnym modelem badawczym. W Neuralink Elona Muska naukowcy zajmujący się ptakami byli jednymi z pierwszych kluczowych pracowników. Kluczowym osiągnięciem może być również sztuczka UCSD polegająca na skoncentrowaniu się na wykrywaniu ruchów mięśni związanych z mową.

Facebook powiedział, że ma nadzieję, że ludzie będą mogli pisać bezpośrednio ze swoich mózgów z prędkością 100 słów na minutę, prywatnie wysyłając SMS-y, kiedy tylko zechcą. Urządzenie, które potrafi czytać polecenia, które mózg wysyła do mięśni, gdy jesteś zaangażowany w wypowiedzi subwokalne (mowa cicha), jest prawdopodobnie o wiele bardziej realistyczne niż urządzenie, które czyta myśli.

Gentner i jego zespół mają nadzieję, że ich zięby to umożliwią. Zademonstrowaliśmy [interfejs mózg-maszyna] dla złożonego sygnału komunikacyjnego, używając zwierzęcego modelu ludzkiej mowy, piszą. Dodają, że nasze podejście stanowi również cenny poligon dla biomedycznych urządzeń protetycznych mowy.

Innymi słowy, jesteśmy trochę bliżej wysyłania SMS-ów z naszych mózgów.

ukryć